Индустрия полимеров: материалы, оборудование, поставщики
Сегодня эти машины незаменимы в переработке пластмасс, с их помощью производят широкую гамму изделий – от товаров первой необходимости до различных деталей. За кажущейся простотой термопластавтомата стоит сложнейший механизм, по техническим свойствам сопоставимый с технологией создания ракет. При этом прогресс в производстве ТПА не стоит на месте – на рынке постоянно появляются новые, более совершенные машины, с новыми возможностями. В этом разделе вы узнаете о прогрессе в данной сфере, новых предложениях ведущих производителей, новостях ведущих игроков рынка.
Мировые тенденции в производстве ТПА
Мировыми лидерами в производстве ТПА сейчас широко внедряются использование электроприводов вместо гидравлики, высокопрецизионное литье, минимизация циклов литья, работа с многоместными и этажными формами, построение технологически законченных роботизированных комплексов на базе ТПА, работа со вспенивающимися материалами, силиконами и реактопластами, технология декорирования и этикетирования изделия внутри пресс-формы, литье с газом и водой.
Для многих компаний актуальной является тема изготовления полностью электрических машин. По сравнению с гидравлическим ТПА, ТПА, оснащенный электроприводом имеет:
- более низкое энергопотребление;
- возможность использования электрических ТПА в стерильных помещениях – защита пресс-формы от масла (медицинская промышленность). На электрических ТПА используется электрическая система смазки.
- содержат меньше функциональных узлов – регулировка и управление проще;
- высокая скорость впрыска и меньшее время сухого цикла;
- низкий уровень шума;
- высокая точность в литье мелких деталей (электроника, телекомуникации, медицина, часовая и оптическая промышленность).
Полностью электрические ТПА дороже своих гидравлических братьев, по цены постепенно сравниваются за счет перехода на серийный выпуск электрических машин.
Еще одно направление развития возможностей ТПА – уменьшение времени цикла за счет применения отдельных приводов для каждого важного узла машины, повышения результатов пластикации и впрыска, дополнительного оснащения ТПА аккумуляторами (такие ТПА называют высокоскоростными). Особенно важны такие усовершенствования для массового выпуска тонкостенных изделий и ПЭТ-преформ, где важную роль играет минимально короткий цикл. Все производители ТПА ищут пути повышения коэффициента использования оборудования и производительности машин. Наибольших успехов добились Husky, Netstal и Demag. Ведущие изготовители над расширением модельного ряда высокоскоростных машин у увеличенным усилием смыкания (до 550-700 тонн).
Преимущество в производительности, экономия электроэнергии и безотходность производства позволяют большому высокоскоростному ТПА, оснащенному этажной пресс-формой, вступать в конкуренцию с целой линией ваккумной формовки. Это актуально при массовом выпуске одноразовой посуды, стаканчиков для йогурта, джема и т.д.
Все больше внимания уделяется защите пресс-формы. В отличие от гидравлических ТПА, на более резвые гибридные и электрические ТПА устанавливается активная система защиты пресс-формы, значительно сокращающая время реакции машины. Использование в ТПА пьезо-электрических сенсоров и ультразвуковой системы измерений перемещений позволяет более точно контролировать движения пресс-формы.
Желание заказчика сократить срок окупаемости новой машины не за счет ее низкой цены (и, соответственно, качества), а путем приобретения более производительного, экономичного и надежного ТПА и его максимально эффективной загрузке.
Работа производителей по нескольким направлениям над снижением срока окупаемости машин для своих заказчиков (снижение расхода масла, потребления электроэнергии, уменьшение машинного времени (сухого цикла), повышение надежности деталей и узлов);
Переход производителей на выпуск «модульных» базовых машин, с заложенной возможностью их дальнейшего усовершенствования;
В связи с тем, что стоимость пресс-формы иногда превышает стоимость ТПА, много внимания уделяется повышению степени защиты формы;
Увеличение производства высокоскоростных энергосберегающих гидравлических машин;
Применение комбинированной технологии («гибридные машины» - гидравлическое сжатие и электрический впрыск или наоборот);
Работа над совершенствованием и запуском в серию полностью электрических машин;
Использование заказчиками прогрессивных методов для придания изделиям оригинального дизайна или потребительских свойств (например, декорирование в форме (in-mould-labeling) многокомпонентное литье и т.д.;
Изготовление ТПА для литья полых (пустотелых) изделий с использованием внутреннего давления газа или воды;
Переход к применению закрытой системе смазки (предотвращение утечек масла, возможность использования ТПА в «чистых» помещениях);
Увеличение и улучшение «глобального» присутствия ведущими мировыми производителями ТПА;
Размещение представительств и сервисной службы вблизи мест наибольшей концентрации клиентов, расширение имеющихся складов запасных частей и оптимизация складских запасов;
Активное проникновение филиалов этих компаний в российские регионы
Появление у поставщиков ТПА организованной сервисной службы и складского хозяйства с оптимальным количеством и номенклатурой запчастей, снижение сроков поставок более редких деталей;
Совместная работа иностранных производителей оборудования с российскими представителями и заказчиками по устранению ряда замечаний, доработке ТПА и улучшению их работоспособности в российских условиях;
Начало отверточной сборки ТПА из собственных комплектующих известными мировыми изготовителями ТПА в России, с последующей локализацией производства некоторых узлов.
Основные характеристики современных ТПА
1. Усилие запирания формы. Это основной критерий для выбора ТПА в настоящее время в России. Величина усилия смыкания обычно выносится производителем термопласт автоматов в маркировку каждого конкретного ТПА. Этим обстоятельством сильно злоупотребляют азиатские производители, завышая, как правило, номинальное значение усилия запирания своих машин. Усилие запирания – усилие, необходимое для запирания формы, определяется площадью литья и распределением давления в форме в процессе ее заполнения или выдержки полимера под давлением. Это усилие должно быть равным усилию, возникающему в форме при литье, или быть больше него. Несоблюдение этого условия приводит к тому, что форма раскрывается, образуется облой и масса, а также размеры изделий увеличиваются, что недопустимо в свете современных требований к качеству и экономичности процесса литья. При увеличении площади литья возникает необходимость в повышении усилия, требуемого для запирания формы. Необходимое усилие запирания формы зависит от технологии литья, технологических свойств полимера и многих других факторов процесса литья. При работе на машинах с небольшим усилием запирания можно получать детали высокого качества только при наличии специальных режимов (со сбросом давления) и при высокой культуре производства, а также при применении специальных технологий литья под давлением, таких как литье со вспенивателями, литье с газом. Усилие запирания формы определяет конструкцию механизма смыкания термопластавтомата.
2. Объем впрыска ТПА. Объем впрыска (и как следствие масса впрыскиваемого полимерного материала) – также важнейшая техническая характеристика для выбора ТПА. В настоящее время выпускают литьевые машины с самым разнообразным объемом впрыска – от долей куб см до нескольких десятком дм куб. Несмотря на то, что сотни различных по типоразмерам литьевых машин выпускаются большим количеством производителей термопластавтоматов, трудно установить предпочтительный объем впрыска за цикл. Каждый изготовитель производит литьевые машины нескольких типоразмеров, отличающихся между собой объемом впрыска (ряд машин, линейка ТПА). Для отечественных литьевых машин в 20 веке был принят коэффициент, равный 2. Машины имели следующие номинальные объемы впрыска за цикл: 8, 16, 32, 63, 125, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 куб см. Большинство ТПА в СССР выпускались на Хмельницком либо на Одесском заводах (настоящая территория Украины). В настоящее время нет какого либо жесткого стандарта на величины объема впрыска ТПА. Особую сумятицу в этот вопрос вносят многочисленные азиатские производители термопластавтоматов.
3. Расстояние между плитами и ход подвижной плиты. Расстояние между плитами и ход подвижной плиты зависят от ассортимента отливаемых изделий. Максимальное расстояние между плитами и ход подвижной плиты определяют максимальную высоту формы и, следовательно, высоту изделия, которую можно получить на данной машине.
Расстояние между плитами можно регулировать в достаточно широких пределах, которые выбираются производителем литьевых машин. Как правило, на современных ТПА, максимально возможная величина высоты прессформы больше минимальной высоты примерно в 2,5 раза. При оптимальных значениях расстояний между плитами ТПА снижается масса формы, облегчается ее эксплуатация, отпадает необходимость в использовании специальных дополнительных плит в формах и т. д.
Ход подвижной плиты и максимальное расстояние между плитами связаны между собой; от их значения в определенной степени зависит конструкция термопластавтомата. Например, ход влияет на длину рычагов и условия их работы в гидромеханических конструкциях механизма смыкания и запирания ТПА; от хода плиты зависят длина гидроцилиндра, размеры некоторых вспомогательных механизмов. Для регулирования расстояния между плитами можно использовать различные механизмы. Выбор конструкции этих механизмов зависит от этого расстояния и от предпочтений производителей термопластавтоматов и их ноу-хау.
4. Расстояние между колоннами. Эти расстояния, а особенно горизонтальное расстояние между колоннами термопластавтомата, также немаловажны при правильном выборе необходимого ТПА. Прежде всего, эти расстояния лимитируют максимальные размеры литьевых форм, а также наличие некоторых элементов их конструкций (например наличие гидростержней).
Конструкции узлов смыкания литьевых машин отличаются по числу и расположению колонн. На машинах с небольшим объемом впрыска за цикл прессовые узлы иногда имеют две колонны, расположенные по горизонтали или по диагонали. Установка литьевых форм и обслуживание машины в этом случае облегчаются. Однако, как правило, узлы смыкания современных ТПА имеют четыре колонны.
На современных машинах с номинальным объемом впрыска до 1000 см3 соотношение между площадью литья и площадью плиты между колоннами (рабочей площадью) составляет в среднем 30-60 %. Отношение полезной площади (площади литья) к общей площади плит колеблется от 12 до 25 %.
5. Объемная скорость впрыска. Значение объемной скорости впрыска материала определяет скорость, с которой полимер заполняет форму, а следовательно, гидродинамику (потери давления) и термодинамику (величину охлажденного слоя, образующегося при заполнении полимером формы, понижение температуры текущего полимера) процесса литья под давлением. Объемная скорость впрыска – важнейший параметр для получения качественных изделий при литье пластмас. Этот параметр влияет также на механодеструкцию полимера, протекающую при заполнении формы. В связи с этим объемная скорость впрыска должна быть такой, чтобы:
1) для заполнения литниковой системы (при наличии такой системы) и полости формы требовались сравнительно небольшое давление литья (для этого скорость впрыска не должна быть, с одной стороны, слишком большой, чтобы при заполнении не возникали большие напряжения сдвига и, следовательно, большие потери давления, и, с другой стороны, слишком малой, чтобы при заполнении не образовался большой охлажденный слой полимера и значительно понизилась температура текущего расплава, так как в противном случае возникают большие потери давления), причем форма должна заполняться с постоянной объемной скоростью течения;
2) формировалась структура полимерного материала изделий, обеспечивающая удовлетворительные показатели качества;
3) не произошла существенная механодеструкция полимера.
Для изготовления тонкостенных изделий (толщиной 0,2—1 мм) требуются высокие скорости впрыска. Регулирование объемной скорости впрыска осуществляется при помощи современных систем автоматики изменением расхода рабочей жидкости в гидросистеме ТПА (при применении гидравлических термопластавтоматов).
На технико-экономические показатели машины и, особенно, на ее технические возможности существенно влияет конструкция привода узла впрыска. Однако, конструкция привода узла впрыска зависит от заданной объемной скорости впрыска. Объемная скорость впрыска – один из важных факторов, определяющих энергоемкость машины.
6. Давление литья. Давление литья, необходимое для заполнения полости формы и литниковой системы (при наличии), устанавливают в гидроприводе гидравлического термопластавтомата. Его значение определяют в каждом конкретном случае, учитывая конструкцию формы и изделия, свойства перерабатываемого полимерного материала, технологические особенности переработки. Давление литья оказывает влияние на качество получаемых изделий.
Давление, необходимое для заполнения формы, зависит от времени впрыска. Высокие давления впрыска требуются при литье тонкостенных изделий из полимеров большой вязкости. Однако давление выдержки (при выдержке полимера в форме под внешним давлением), при котором получают изделия хорошего качества, как правило намного меньше давления литья. Для основных крупнотоннажных полимеров оно равно примерно 25—50 МПа.
Параметром машины служит максимальное давление (давление литья), необходимое для заполнения формы, а не для последующей выдержки под давлением, хотя бывают исключения. На современных машинах давление литья равно 60—200 МПа.
Существенные различия в давлениях литья на современных литьевых машинах определяются многообразием используемых конструкций форм и различием в свойствах перерабатываемых полимеров. Для переработки большинства полимеров на термопластавтоматах с предварительной пластикацией достаточным является давление до 100 МПа, для переработки высоковязких полимеров в тонкостенные детали, а также для формования реактопластов как правило необходимо давление 120—200 МПа.
7. Площадь литья. Площадью литья называют проекцию поверхности детали на плоскость разъема прессформы. Для многогнездных (многоместных) литьевых форм это – сумма площадей проекций всех деталей в форме плюс площадь проекции литниковой системы (для холодно канальных прессформ). Площадь литья является одним из основных параметров термопластавтомата. Этот параметр оказывает влияние на усилие, необходимое для запирания форм, на габаритные размеры плит ТПА, а, следовательно и, на цену литьевой машины.
Увеличение площади литья повышает универсальность термопластавтомата, но ухудшает его экономические показатели.Площадь литья определяет размеры плит, которые оказывают заметное влияние на массу машины.
Формы закрепляют на плитах с помощью резьбовых отверстий или продольных пазов, различным образом расположенных на плитах. Пазы являются устаревшим элементом конструкции, широко использовавшимся на ТПА марки КуаСи (ГДР). Они, как правило, создают большие удобства для закрепления форм и, кроме того, уменьшают размеры плит. Однако при наличии пазов увеличивается толщина плит приблизительно на 40—50 мм и повышается их масса, особенно на крупных машинах. Поэтому в настоящее время для крепления форм к плитам ТПА применяют резьбовые соединения. Расположение крепежных отверстий, пазов и размеры центрирующих отверстий должны быть такими, чтобы была возможность перестановки форм на различные машины. Расположение колонн определяет способ установки форм и возможность более полного использования площади плит.
8. Пластикационная способность. Под пластикационной способностью ТПА понимают производительность, которую может обеспечить инжекционный цилиндр по расплавленному полимеру (как правило по полистиролу). Задаваемая продолжительность пластикации в реальных производственных условиях зависит от продолжительности времени охлаждения детали в прессформе до заданной температуры, которое, в свою очередь, зависит от свойств перерабатываемого полимера, толщины изделия, режима переработки, задаваемых параметров качества изделия. Поэтому фактическая пластикационная способность машины — величина условная и переменная. В технической документации для термопластавтоматов и каталогах на ТПА обычно приводят пластикационную способность по полистиролу при максимальной частоте вращения шнека и температуре инжекционного цилиндра 190—220 °С.
Под производительностью литьевых машин понимают количество полимера, переработанного в изделия за единицу времени. На производительность влияют длительность цикла литья, эффективный фонд времени работы машины и объем впрыска за цикл.
9. Быстроходность. Быстроходность машины определяется количеством холостых (сухих) циклов в единицу времени. Параметр определят сравнительную способность ТПА конкретного производителя и модели к использованию в условиях необходимости производства тонкостенных изделий с короткими циклами (2-10 сек). Быстроходные термопластавтоматы применяются как правило в индустрии упаковки. В современных условиях производства упаковочных материалов именно такие стадии литьевого цикла, как смыкание, размыкание формы и выталкивание изделий, являются определяющими.
Основные разновидности литья пластмасс под давлением
Литье под давлением применяют преимущественно для изготовления изделий из термопластов. Осуществляют под давлением 80-140 МПа (800-1400 бар) на литьевых машинах поршневого или винтового типа, имеющих высокую степень механизации и автоматизации. Литьевые машины осуществляют дозирование гранулированного материала, перевод его в вязкотекучее состояние, впрыск (инжекцию) дозы расплава в литьевую форму, выдержку в форме под давлением до его затвердевания или отверждения, размыкание формы и выталкивание готового изделия. При переработке термопластов литьевую форму термостатируют (температура ее не должна превышать температуры стеклования или температуру кристаллизации), а при переработке реактопластов нагревают до температуры отверждения. Давление литья зависит от вязкости расплава материала, конструкции литьевой формы, размеров литниковой системы и формуемых изделий. Литье при сверхвысоких давлениях (до 500 МПа) уменьшает остаточные напряжения в материале, увеличивает степень ориентации кристаллизующихся полимеров, что способствует упрочнению материала и обеспечивает более точное воспроизведение размеров деталей.
Литье под давлением с предварительным сжатием расплава осуществляют на литьевой машине, сопловый блок которой снабжен краном. При закрытом кране производят сжатие расплава полимера в нагревательном цилиндре машины до давления литья. После открытия крана расплав под высоким давлением с большой скоростью заполняет полость литьевой формы и дополнительно нагревается за счет работы сил трения. Для предотвращения механодеструкции полимерного материала скорость течения литьевого расплава по литниковым каналам иногда ограничивают. Предварительное сжатие расплава позволяет в 1,5-2 раза уменьшить время заполнения формы и увеличить путь течения расплава до момента его застывания, что позволяет отливать длинномерные тонкостенные детали.
Инжекционное прессование отличается от обычного литья под давлением тем, что впрыск дозы расплавленного полимерного материала производят в неполностью сомкнутую форму. Уплотнение материала осуществляют при окончательном смыкании формы (прессование). Метод позволяет получать как очень тонкостенные, так и толстостенные детали из термо- и реактопластов. Изделия, изготовленные этим методом, имеют меньшую анизотропию (зависимость физических свойств вещества от направления) механических свойств и меньшую усадку.
Литье под давлением с наложением механических колебаний применяют для изготовления изделий из полимерных материалов, расплавы которых обладают ярко выраженными свойствами псевдопластичных жидкостей. Воздействие механических колебаний вызывает резкое снижение вязкости таких расплавов, в результате чего уменьшается время заполнения формы и происходит более равномерное распределение давление по длине оформляющей полости.
Интрузия – метод формования толстостенных изделий на винтовых литьевых машинах, объем впрыска которых может быть значительно меньше объема формуемого изделия. В процессе заполнения формы литьевая машина работает в режиме экструдера, нагнетая расплав полимера через широкие литниковые каналы в оформляющую полость при сравнительно невысоком давлении; после заполнения формы винт (шнек) под действием гидроцилиндра движется как поршень вперед и подает в форму под более высоким давлением количество расплава, необходимое для оформления детали и компенсации усадки материала.
Pim-Технология. Новый процесс формирования сложных изделий, изготавливаемых из керамических или металлических порошковых материалов. Технология литья под давлением порошковых материалов все чаще используется при изготовлении сложных деталей промышленного или бытового назначения. Наряду с другими технологическими процессами формовки, такими, как прецизионное литье, литье порошковых материалов широко применяется при осевом или изостатическом формовании. Детали, изготовленные из керамического или металлического порошкового материала, находят применение в автомобилестроении, станкостроении, при производстве магнитов, в текстильной промышленности, в часовой промышленности, для производства товаров народного потребления, в прецизионных механизмах, в медицине, стоматологии и фарфоровой промышленности. В принципе, все материалы, представленные в форме спекаемого порошка могут быть смешаны с соответствующим пластикатом и переработаны на литьевой машине. В качестве наиболее часто встречающихся следует упомянуть металлические порошки, а также порошковые оксиды, карбиды и силикаты. Для переработки металлических или керамических порошковых материалов требуется осуществить перемешивание порошкового основания и пластиката, обеспечив таким образом гомогенизацию смеси, после чего (с помощью специального экструдера) получить гранулированный материал. Этот гранулят, иными словами сырье, подготовленное для литья под давлением, пластифицируется в цилиндре пластикации ТПА (термопластавтомата), а затем впрыскивается в прессформу. Из полученной детали сначала удаляется пластикат - связующее вещество, после чего полученная заготовка подвергается термической обработке в специальных печах спекания. Литье металлических и керамических материалов становится экономически эффективным, когда сложные детали высокой точности исполнения требуется производить в больших количествах. Строгая последовательность литьевого рабочего цикла и стабильность процесса позволяют производить первичные заготовки из порошковых материалов. Детали с внутренними резьбами, выемками сложной формы и высоким качеством поверхности могут производиться быстро и качественно на термопластавтоматах в ручном или автоматическом режимах.
Мультикомпонентное литье. Задачей мультикомпонентного литья является автоматическое производство изделий из более чем одного полимерного компонента в рамках одного рабочего цикла. В данном процессе каждый цвет или компонент четко разграничен друг от друга; последующий компонент впрыскивается поверх предыдущего -как это имеет место в случае изготовления автомобильной оптики или рамочных компонентов с интегрированными элементами индикации. Мультикомпонентное (многоцветное) литьё может предусматривать два, три или четыре компонента. При этом значительно увеличивается сложность конструкции прессформы. Для сложных конфигураций стыковки компонентов часто используют прессформы с поворотными модулями.
Литье с газом – подходящий способ изготовления толстостенных изделий из пластмасс. При литье крупногабаритных изделий, таких как бамперы и панели приборов автомобилей, корпуса телевизоров, мониторов, литье пластмасс с газом позволяет получать высококачественные детали, применяя меньшие усилия смыкания термопластавтоматов. При литье с газом, как правило, используют стандатные литьевые машины, что и является секретом популярности данной технологии. Литье с газом позволяет использовать ТПА с небольшим усилием смыкания, что приводит к отличным экономическим результата
Смотрите также по теме «Термопластавтомат»: